淺談礦粉在瀝青混合料中的應用

隨著高等級公路建設的發展，瀝青路面以其良好的力學性能，低噪音，行車舒適，施工期短，養護維修簡便等優點，廣泛應用于公路及城市道路建設中。瀝青混合料的質量直接影響到整個瀝青路面的質量，礦粉作為瀝青混合料的一種填料，有著其不可忽視的重要作用。

1 概述

1.1 礦粉的定義及特點

礦粉是符合工程要求的石粉及其代用品的統稱，是將礦石粉碎加工后的產物。依據國家標準GB/T 18046-2008，礦粉根據其活性指數可分為S105、S95、S75三個等級，其活性鈣、硅、鋁等無機物的含量大于30%。目前使用的礦粉具有如下特點:(1)細度高，顆粒級配合理，礦粉活性得以充分發揮與利用;(2)產品活性高，質量波動小;(3)產品能耗低，生產效率高。

1.2 瀝青混合料用礦粉的要求

瀝青混合料中的礦粉必須采用石灰巖或巖漿巖中的強基性巖石等憎水性石料經磨細得到的礦粉，原石料中的泥土雜質應除凈。礦粉應干燥、潔凈，能自由地從礦粉倉流出。其質量應符合表1要求。

表1 瀝青混合料用礦粉質量要求

2 礦粉在瀝青混合料中的作用

2.1 瀝青混合料中不摻礦粉的影響

在瀝青混合料拌和過程中，雖然有礦粉供給裝置，但工作時，投入的礦粉幾乎全被鼓風機、引風機吹到風筒中，根本就無法將礦粉按要求數量投入到熱拌混合料中。因此在施工中很多單位干脆不用礦粉或者用細集料完全替代礦粉。

不添加礦粉的瀝青混合料，經過一段時間使用后，因為密實度低，且防水性能比較差，瀝青油分含量低，進而導致瀝青路面出現質量差，易剝落，松散等問題，經行車使用后，面層易出現坑槽，大面積松散、脫落等現象，從而降低道路的使用年限。

2.2 礦粉在瀝青混合料中的重要作用

瀝青混合料一般是由粗集料、細集料、填料和瀝青組成。粗集料在瀝青混合料結構中形成礦料骨架，在路面面層結構中提供摩阻力。瀝青混合料中的細集料可以增加顆粒間的嵌鎖作用，并減小粗集料間的空隙，從而可以增加瀝青混合料的穩定性。填料的加入，可使瀝青結合料變為細質瀝青膠砂，并使其變硬，從而使瀝青結合料的粘結力增強。礦粉作為一種填料，在瀝青混合料中起到填充作用，目的是減小瀝青混凝土的空隙。

為了滿足目前行車環境的要求，越來越多的瀝青路面采用中性或酸性的耐磨石料。但是由于中性和酸性石料與瀝青具有相同基性，使這些石料與瀝青的結合受到影響，表現為與瀝青的粘附性低，瀝青混合料的殘留穩定度指標達不到要求或偏小，出現嚴重水損害現象。加入適量礦粉，由于礦粉呈堿性，能夠改善瀝青與礦料的粘附性，提高瀝青砼的水穩性，從而提高瀝青砼路面抗破壞能力，延長使用壽命。

瀝青與礦料相互作用后，瀝青在礦料表面產生化學組分的重新排列，在礦料表面形成一層擴散結構膜，在此膜厚度以內的瀝青稱為結構瀝青，此膜之外的瀝青稱為自由瀝青。在添加的瀝青量相同情況下，礦料表面積與結構瀝青的形成有很大關系。礦料表面積越大，形成的瀝青膜也相應的越薄，結構瀝青所占的比例也越大，因此生產的瀝青混合料粘聚力也越高。所以，在生產瀝青砼時加入適量的礦粉，能夠增大礦料表面積，對提高混合料的粘結力有很好的效果，易形成瀝青膠結物質，具有較高的粘結力，從而提高瀝青砼的溫度穩定性。

3 礦粉性能對瀝青混合料的影響

3.1 級配

礦粉作為瀝青混合料中礦料的一個重要組成部分，除了要滿足材料自身的級配要求外，還要填充粗細集料之間的空隙，以保證整體的礦料級配能夠滿足設計要求，并滿足設計空隙率的要求。

瀝青混合料是由粗集料、細集料和瀝青膠漿組成的，其中包含礦粉和瀝青的瀝青膠漿則是決定瀝青混合料高、低溫性能的關鍵因素。由于規范中對粉膠比的定義僅僅涉及粒徑小于0.075mm的集料，即真正與瀝青相結合形成膠漿的是這部分集料。那么礦粉中粒徑小于0.075mm這一部分的級配組成對整個瀝青混合料的質量是有重要影響的。粉膠比越大，瀝青混合料的高溫抗車轍能力越強，粉膠比越小，會有利于混合料的低溫抗裂性。

3.2 比表面積

礦粉的比表面積是指單位質量礦粉的總表面積，與細度成反比，即比表面積越大，細度越小。在瀝青混合料中雖然礦粉用量只占很小的一部分，但其比表面積卻占礦料總表面積的80%以上。

礦粉比表面積受礦粉級配、及表面特征等因素的影響。比表面積越大，則可吸附越多的瀝青，形成結構瀝青，從而增加瀝青混合料的溫度穩定性。但當礦粉的比表面積超過一定范圍以后。瀝青混合料空隙率減小，流值增大，混合料的穩定度將下降。礦粉比表面積的變化，對瀝青混合料質量有顯著影響。

3.3 親水系數

礦粉的親水系數即礦粉試樣在水(極性介質)中膨脹的體積與同一試樣在煤油(非極性介質)中膨脹的體積之比，用于評價礦粉與瀝青結合料的粘附性能。親水系數大于1的礦粉，表示礦粉對水的親和力大于對瀝青的親和力，親水系數小于1的礦粉，則表示對瀝青的親和力大于對水的親和力。

礦粉的親水系數直接影響瀝青混合料的水穩定性。對于親水系數大于1的礦粉，當遇到水時，由于對水的親和力要大于對瀝青的親和力，礦粉會優先與水結合，從而降低集料與瀝青的粘附性。水進入到瀝青-集料界面，阻斷瀝青與集料的粘結，使瀝青與集料的接觸面減小，最終導致瀝青從集料表面剝落，出現水損害現象。

3.4 塑性指數

礦粉的塑性指數是礦粉液限含水量與塑限含水量之差，用于評價礦粉中粘性土成分的含量。塑性指數高的礦粉，吸水性和吸油性較大，并由此發生膨脹，將使瀝青混合料的強度降低，或者在水的作用下發生剝離，導致瀝青路面的損壞。

3.5 加熱安定性

礦粉的加熱安定性是礦粉在熱拌過程中受熱而不產生變質的性能，用于評價礦粉易受熱變質成分的含量。試驗時，溫度要加熱到200℃，與一般瀝青混合料拌和時礦粉的加熱溫度相符合。

4 瀝青混合料中摻加礦粉的注意事項

4.1 控制礦粉質量

在瀝青混合料中摻加礦粉，首先應保證礦粉質量滿足設計及規范要求。對進場礦粉應及時取樣檢測，檢測合格后方可用于施工，嚴禁不合格材料用于施工。礦粉作為瀝青混合料的重要組成部分，其礦物成分的變化對瀝青混合料質量有較大影響。在施工過程中不能隨意更換其他巖類的礦粉，如若更換，必須經過嚴格的試驗和工程實踐驗證。

4.2 控制礦粉摻量

要嚴格控制礦粉的摻量。添加的礦粉過少，不能達到填充集料空隙率，提高集料與瀝青粘附性的效果;添加的礦粉過多，會造成吸附瀝青增加，從而增加瀝青用量，增加成本，甚至會造成混合料結塊現象，影響混合料質量。

4.3 保證礦粉用量

在瀝青混合料的拌合過程中，要不斷改善礦粉添加設備的性能，保證礦粉能夠按照配合比數量足額添加，以保證瀝青混合料的質量。

5 結束語

在瀝青混合料中，添加適量的礦粉，可以使混合料空隙率降低，密實度增加，級配、油石比更加合理，瀝青與礦料粘附性增強，提高瀝青砼的水穩性和感溫性，從而延長瀝青路面的使用年限。因此，礦粉在瀝青混合料中具有重要作用，應當廣泛應用并不斷推廣、改進，以滿足日益提高的高速行車環境的要求。

[1]中華人民共和國行業標準，《公路瀝青路面施工技術規范》(JTG F40-2004)，人民交通出版社，2004.

[2]中華人民共和國行業標準，《公路工程集料試驗規程》(JTG E42-2005)，人民交通出版社，2005.

[3]中華人民共和國國家標準，《用于水泥和混凝土中的粒化高爐礦渣粉》(GB/T 18046-2000)，中國國家標準化管理委員會，2008.

[4]李平.瀝青混合料用礦粉性能指標研究[J].黑龍江交通科技，1999.

[5]邵洪杰.礦粉在瀝青砼中的作用[J].中國公路學報，2008.